Kowalik karoliński ma podobny wygląd i głos do kowalika białolicego, Sitta leucopsis, występującego w Himalajach, toteż oba te ptaki były dawniej uznawane za ten sam gatunek.
Podgatunki Wyróżniono siedem podgatunków kowalika karolińskiego, choć różnice pomiędzy nimi są niewielkie i pojawiają się stopniowo, w miarę przechodzenia z jednego zasięgu do drugiego. Podgatunki są czasami traktowane jak trzy grupy – podział ten bazuje na bliskim podobieństwie co do morfologii, środowiska występowania i śpiewu. Grupy te występują kolejno: we wschodniej Ameryce Północnej, Wielkiej Kotlinie i centralnym Meksyku oraz okolicach przybrzeżnych Pacyfiku. Podgatunki z zachodnich terenów mają najciemniej ubarwione górne części ciała, podgatunek wschodni – S. c. carolinensis – ma najjaśniejszy grzbiet. Wschodnia forma ma także grubszy dziób i większy ciemny pas na czubku głowy, niż ptaki zasiedlające centralny obszar i te znad wybrzeży Pacyfiku. Śpiew trzech grup także się różni.